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作为营养元素,适量的Zn有利于生物的生长繁殖,而过量的Zn具有毒性。Zn在工业生产中的广泛使用造成了环境Zn污染。MC-ICP-MS技术的发展使得精确测量样品中Zn同位素组成成为可能。随之发展起来的Zn稳定同位素示踪技术可帮助识别环境中Zn污染物的来源、迁移和转化过程,量化各污染源的贡献。但Zn同位素在矿物/溶液界面上发生的原位吸附分馏阻碍了该技术的应用。因此,深入理解Zn同位素在矿物表面吸附分馏的微观机制显得尤为紧要。本文定量研究了不同溶液pH和初始Zn离子浓度([Zn]i)条件下Zn同位素在γ-Al2O3/溶液界面上的吸附分馏。并利用EXAFS技术解释了Zn同位素在该体系中分馏的微观机制。宏观吸附实验结果表明,Zn在氧化铝表面的吸附密度(Г)随溶液pH和[Zn]i的升高而升高。低pH(<6.5)或低[Zn]i(≤0.2mM)时,Г较低(<1.5μmol/m~2),随pH和[Zn]i的升高,Г升高(>1.5μmol/m~2)。同位素结果表明不同Г条件下Zn同位素的分馏行为差异明显。低Г时,重的Zn同位素倾向于被氧化铝吸附,使轻的Zn同位素富集于溶液中(Δ66Znsolid-dissolved=0.42‰);高Г时,Zn同位素在固/液两相中无显著的分馏(Δ66Znsolid-dissolved≈0‰)。EXAFS结果表明,低Г时,Zn以内圈吸附机制为主,其中Zn-O间距(RZn-O)为1.97?;高Г时,Zn在氧化铝表面生成表面诱导沉淀Zn-Al LDH,RZn-O=2.06?,和溶液Zn中的Zn-O间距(2.06?)相等。传统稳定同位素分馏假说认为:同位素分馏达到平衡时,重的同位素倾向于富集在键强较强的物相中。一般而言键长越短,键强越强。本研究中,Zn-O键由强到弱的物相依次:低Г>高Г=溶液态Zn。因此,低Г时,重的Zn同位素富集在键强较强的固相中;而高Г时,因吸附态的Zn和溶液态的Zn键强相同,故分馏不明显,如图1.综上所述,Zn同位素在内圈吸附机制下分馏明显(Δ66Znsolid-dissolved=0.42‰);但在表面沉淀机制下无明显分馏。而Zn的吸附机制受到体系的化学性质(pH、Zn离子浓度)的影响,所以当运用Zn同位素示踪时,应将研究区域的体系化学性质纳入考虑。